JPH0682680A

JPH0682680A - 視線検出装置

Info

Publication number: JPH0682680A
Application number: JP23836792A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Suda; 康夫須田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JP3210089B2

Abstract

(57)【要約】【目的】視線検出装置で、観察者がどのような距離か
ら観察系を覗いても検出精度が低下しない装置を提供す
ることにある。【構成】ファインダー光学系とファインダー観察者の
眼を照明する光源とエリアセンサーと観察者の眼をエリ
アセンサー上に形成する結像レンズを有し、エリアセン
サー上に生じた光源の角膜反射像と瞳孔像の相対関係に
依って観察者の視線を検出する装置で、結像レンズはフ
ァインダー光学系のアイポイントよりもファインダー光
学系に近い位置をエリアセンサー上に最良結像するよう
に定めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一眼レフカメラ、スチ
ールビデオカメラ、ビデオカメラ等に最適な視線検出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平３−１０９０２９号公報に
開示されているように、カメラに内蔵された視線検出装
置が知られている。ところで、カメラのファインダーの
覗き方は様々であって、接眼レンズに眼をかなり近づけ
て覗く人もいれば、かなり遠くから覗く人もいる。特
に、メガネを掛けている場合は接眼レンズからの距離が
遠くなる傾向がある。この時、視線検出用のセンサー上
の画像の劣化を防ぐため、メガネの有無に応じて視線検
出光学系の構成を変える機構を備えたカメラが、特開平
４−１３８４３１号公報にて開示されている。

【０００３】しかしながら、様々なファインダーの覗き
方にも対応した視線検出装置は未だ実現されていなかっ
た。

【０００４】また、ファインダー光学系からビームスプ
リッターを用いて視線検出に用いる光束を分離する際、
このビームスプリッターに起因したゴーストが視線の誤
検出を起こすことがあった。特開平２−５号公報にはこ
の対策として、ビームスプリッターの各透過面を僅かに
傾ける技術が開示されている。しかしながら、一般にガ
ラスでつくられるビームスプリッターの構成面のうち互
いに平行な面あるいは互いに直角な面が少なくなるほど
製作の困難性が増し、この結果製作コストが高くなる問
題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】本発明は上記欠点
に鑑み、観察者がどのような距離から観察系を覗いても
視線検出精度が低下しない視線検出装置を実現すること
を目的とし、また、ゴーストの発生しない簡単な視線検
出光学系を実現することを他の目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファインダー
光学系と、ファインダー観察者の眼を照明する光源と、
エリアセンサーと、ファインダー観察者の眼の像を該エ
リアセンサー上に形成する結像レンズとを有し、該エリ
アセンサーの出力をＡ／Ｄ変換した後、該エリアセンサ
ー上に生じた前記光源の角膜反射像と瞳孔との相対関係
に依ってファインダー観察者の視線を検出する視線検出
装置に於いて、前記結像レンズはファインダー光学系の
アイポイントよりもファインダー光学系に近い位置を前
記エリアセンサー上に最良結像するように構成し、ファ
インダー観察者がどのような距離からファインダーを覗
いても視線検出精度が低下しない視線検出装置を実現し
たものである。

【０００７】あるいは、前記ファインダー光学系から該
エリアセンサーに視線検出のための光束を導くビームス
プリッターと、該ビームスプリッターに隣接して配置さ
れ、ファインダー観察者の眼の像を該エリアセンサー上
に形成する結像レンズとを有する視線検出装置に於い
て、前記結像レンズは光軸を異にする偏芯開口に依って
入射光束が制限するように構成し、ゴーストの発生を抑
えている。

【０００８】

【実施例】図８は本発明による視線検出装置を組み込ん
だカメラの要部構成を模式的に表わした図であり、該図
に於て、５はカメラ本体、６は該カメラ本体５に着脱自
在に取り付けられた交換レンズであり、これらはカメラ
マウント５ａ及びレンズマウント３５１ａとで結合され
ている。

【０００９】カメラ本体５内に於て、１０は可動ハーフ
ミラー、１２はペンタプリズム、１４は接眼レンズでフ
ァインダー光学系を構成する。また、ファインダーは画
像表示管を見るものであっても良い。３０６は測光用受
光素子である。３０７は測光演算回路で、フィルム感度
情報入力回路３０８、シャッター制御回路３０９、マイ
クロコンピュータ３１０（以下ＭＣＵ）と接続されてい
る。

【００１０】マイクロコンピュータ３１０にはＡ／Ｄコ
ンバーターが内蔵され、このＡ／Ｄコンバーターは前述
の測光用受光素子や後述する測距センサーからのアナロ
グ信号をディジタル変換する。

【００１１】３３４はフォーカルプレーンシャッター
で、その背後には銀塩フィルムあるいは固体撮像素子が
配される。３１１はミラー駆動カム、３１２はミラー駆
動用モーターで、モータードライブ回路３１３に接続さ
れている。３１４はフィルム巻上げ巻戻し用モーター
で、ミラー駆動用モーター３１２同様モータードライブ
回路３１３に接続されている。５５は焦点検出（測距）
センサーで、測距演算回路３１７に接続されている。

【００１２】また４３は、ＣＣＤ等のエリアセンサー
で、視線検出回路３３０に接続されている。ＣＣＤの開
口率は一般的に２０〜７５％で８０〜２５％の不感帯を
有する。さらに、２５は液晶表示板からなる表示素子で
表示照明用のＬＥＤと共に表示駆動回路３３１に接続さ
れている。

【００１３】３１８はカメラシステム全体を動かしてい
る電池、３１９はメイン電源スイッチ、３２０はＤＣ／
ＤＣコンバーターで、電池３１８からマイクロコンピュ
ータ３１０へと接続されている。３２１は測光測距用ス
イッチ、３２２はレリーズスイッチである。なお、一般
的には、スイッチ３２１、３２２は２段ストロークスイ
ッチであって、図示しないレリーズボタンの第１ストロ
ークでスイッチ３２１がＯＮ、第２ストロークでスイッ
チ３２２がＯＮとなるように構成されている。また、Ｓ
ＷＳは不図示の設定ダイヤル、撮影モード選択部材、測
距視野固定ボタンに接続されているスイッチである。

【００１４】３２３ａ〜３２３ｅはカメラ本体５側の接
点ピン群で、マウント５ａの近傍に設置されている。一
方、３５２ａ〜３５２ｅは交換レンズ本体６側の接点ピ
ン群で、カメラ側の接点ピン群３２３ａ〜３２３ｅに対
向している。

【００１５】交換レンズ６側において、７はズームレン
ズや単焦点レンズのような撮影用光学レンズである。３
５３は焦点調整に使われるレンズ駆動用モーターで、レ
ンズ駆動回路３５４と接続されている。レンズ駆動用モ
ーター３５３の回転によってラチェット３６０を介して
カウンタ３６２へパルス数が入力される。３６１は絞り
駆動回路で、マイクロコンピュータ３５５へ接続され、
かつパルスモーター３５６へ接続され、該モーター３５
６によって絞り９が駆動される。３５７はズーミング時
に用いられるズーム駆動用モーターで、ズーム駆動回路
３５８に接続されている。３５９ａ〜３５９ｅはレンズ
焦点距離をマイクロコンピュータ３５５に伝達するため
のエンコーダ、３６３はパワーズームスイッチである。

【００１６】図１〜図２は、本発明を適用した視線検出
装置の光学構成を詳しく説明するための図である。

【００１７】先ず、図２（ａ）、（ｂ）はカメラであっ
て、特に、一眼レフカメラの例を示す図であり、（ａ）
はカメラを横からみた断面図、（ｂ）はカメラを上から
みた断面図である。図中、５は一眼レフカメラ本体、６
は一眼レフカメラ本体５からの指令に基づいて撮影レン
ズ７を光軸８方向に移動保持するレンズ鏡筒である。ま
た、９は撮影光束を制限する絞りであって、これによっ
ていわゆるＦナンバーが規定される。

【００１８】１０はハーフミラー、１１は光入射面にフ
レネルレンズ１１ａ、光射出面にマット面１１ｂを有
し、前述の表示素子２５に隣接して設けられたフォーカ
シングスクリーンである。１２はペンタプリズム、１３
は視線検出のための赤外光を分離するビームスプリッタ
ー、１４は接眼レンズであり、これらはファインダー系
を構成している。

【００１９】図２（ｂ）に示した４７は偏芯絞り、４２
は眼球４８ｂの像をエリアセンサー４３上に形成する結
像レンズである。

【００２０】また、図２（ａ）の１６は前述の測距セン
サー５５及び測距演算回路３１７を含む公知の多点焦点
検出装置で、ハーフミラー１０を透過した物体光が、そ
の背後に配設されたサブミラー１５を介して導かれる。
焦点検出装置１６の測距エリアの１つは視線検出装置の
出力で選択される。

【００２１】１７は既述のファインダー構成要素、及
び、焦点検出装置を保持し、ミラーボックスを構成する
前板である。

【００２２】次に視線検出装置について説明する。図１
は視線検出装置の構成要素を示す斜視図である。図に於
いて、１３及び１４は図２に示したビームスプリッター
と接眼レンズであり、ビームスプリッター１３のダイク
ロイックミラー１３ａが視線検出に用いる赤外光を反射
して、視線検出用の光路を形成している。４０ａ、４０
ｂは接眼レンズ１４の下方に配設された赤外発光ダイオ
ード（以下ＩＲＥＤ）で、ファインダー観察者の眼球に
向けて赤外光を照射する。眼球の角膜で反射した光束は
接眼レンズ１４を透過し、ビームスプリッター１３の入
射面１３ｂに入射する。ビームスプリッター１３の内部
では、ダイクロイックミラー１３ａで先ず反射し、今度
は入射面１３で全反射した後、射出面１３ｃより射出す
る。この射出面１３ｃに対向して、偏芯絞り４７と結像
レンズ４２が配設されており、エリアセンサー４３の受
光部上にファインダー観察者の眼球４８ｂと、ＩＲＥＤ
４０ａ，４０ｂの発光部の像（後述のＰ像）とを形成す
る。

【００２３】ところで、一般にＣＣＤ等エリアセンサー
の受光部の反射率はかなり高く、入射光の一部は光電変
換されずに乱反射する。また、結像レンズ４２の結像倍
率はかなり小さいため、エリアセンサー４３の受光部は
ほぼ結像レンズ４２の焦点位置にあり、この結果、エリ
アセンサー４３での反射光がビームスプリッター１３の
射出面１３ｃで再び反射するとエリアセンサー上にスポ
ット状のゴーストが生じることとなる。

【００２４】このようなゴーストの発生を未然に防ぐた
め、偏芯絞り４７は、図３に示すように、結像レンズ４
２の光軸Ｌよりも下方に開口４７ａの中心Ｍを設定して
いる。

【００２５】すなわち、ＩＲＥＤ４０ａ，４０ｂが接眼
レンズ１４の下方に位置しているため、眼球の角膜で反
射して生じるＩＲＥＤの像は、エリアセンサー４３の受
光部上において光軸Ｌよりも上方に形成されるが、この
反射光の正反射に近い反射成分が絞り開口４７ａを通ら
ないように、ＩＲＥＤ像とは反対側に絞り開口４７ａを
配置しているのである。

【００２６】このように構成することによって、センサ
ー面反射ゴーストの影響を受けない高精度な視線検出が
可能となっている。

【００２７】では、図４と図５を用いて視線検出の原理
を説明する。図４は、エリアセンサー４３の受光部４３
ａとこの上に投影されたファインダー観察者の前眼部の
像４８とを示す図である、図の中央部に黒い円として示
される瞳孔４９の内部に見える二つの輝点は、ＩＲＥＤ
４０ａ，４０ｂの角膜反射像であって、いわゆるプルキ
ンエ第一像（以下Ｐ像）と呼ばれるものである。角膜の
曲率が約７．７ｍｍと小さいため、ここでの反射によっ
て生じる虚像の深さ方向の位置はほぼ虹彩の位置と同一
である。従って、エリアセンサー上には眼の像と同程度
のシャープさで、Ｐ像も投影される。

【００２８】ファインダー観察者の視線位置を知るに
は、この二つのＰ像の中心と瞳孔４９の中心との相対的
位置関係を求め、眼球の回転角を算出すれば良い。

【００２９】図５は、図４に示した矢印Ａ位置でのエリ
アセンサー４３ａの水平ライン出力を示したもので、よ
り詳しくは視線検出回路３３０内の線形アンプの出力で
ある。中央部の二つのピークがＰ像、領域Ｂが瞳孔、領
域Ｃ１，Ｃ２が虹彩、領域Ｄ１，Ｄ２が白目に相当す
る。Ｐ像の強度は、瞳孔のエッジ部のコントラストに比
して極めて高く、瞳孔の中心を求めるに際して瞳孔エッ
ジを高精度に検出するためには、矢印Ｅで示した範囲の
みをＡ／Ｄ変換して以降の演算処理に用いることとな
る。

【００３０】この結果、Ｐ像がデフォーカスしてエリア
センサー上に投影されていたとしても、このボケ像の裾
部分を拡大してみるため、かなり立上がり、立下がりの
はっきりした信号となる。

【００３１】なお、視線検出装置の使用者が眼鏡を掛け
ていた場合には、眼鏡で反射したＩＲＥＤ光が接眼レン
ズやビームスプリッターで反射し、もう一度眼鏡で反射
してエリアセンサー上に投影されると言ったゴースト形
成光路が存在する。このように発生するゴーストは、Ｉ
ＲＥＤの虚像が遠くにできるためかなりスポット的で、
しかも眼鏡の赤外反射率が高い場合には瞳孔レベルの数
倍の強度になる。一般的には、誤ってこのゴーストをＰ
像として検出することが考え得るが、本実施例の特徴と
する後述の光学構成は、このような不具合をも未然に防
ぐことができる。

【００３２】また、エリアセンサーとして例えばＣＣＤ
を用いたときには前述のように各画素ごとに不感帯が存
在するが、この構成は、眼が接眼レンズから離れたとき
にＩＲＥＤの像がこの不感帯に埋もれて出力されないと
言った不具合の発生をも防ぐ利点もある。

【００３３】次に、図９から図１１を用いて、Ｐ像の検
出方法及び視線検出方法について詳述する。

【００３４】図９は視線検出の主たるフローチャートで
ある。ＭＣＵ３１０が視線検出動作を開始すると、ステ
ップ（＃０００）を経て、ステップ（＃００１）のデー
タの初期化を実行する。

【００３５】変数ＥＹＥＭＩＮは眼球反射像の光電変換
信号中の最低の輝度値を記憶する変数であり、マイクロ
コンピュータ（ＭＣＵ３１０）に内蔵されているＡ／Ｄ
変換器の分解能を８ｂｉｔと想定し、像信号の読み込み
に伴って、逐次的に最低値を比較・更新してゆく。初期
値は８ｂｉｔで最大の値を表す２５５を格納しておく。

【００３６】変数ＥＤＧＣＮＴは、虹彩と瞳孔の境界を
エッジとして抽出した個数をカウントする変数である。

【００３７】変数ＩＰ１，ＩＰ２，ＪＰ１，ＪＰ２は発
光ダイオード４０ａ，４０ｂの角膜反射のＰ像の位置を
表す変数であり、横方向（Ｘ軸）の範囲ＩＰ１〜ＩＰ
２，縦方向（Ｙ軸）の範囲ＪＰ１〜ＪＰ２で囲まれる眼
球反射像の領域内に、２個のＰ像が存在する。

【００３８】いまエリアセンサー４３ａの画素数は横方
向に１５０画素、縦方向に１００画素のサイズを想定し
ており、ＩＰ１，ＩＰ２，ＪＰ１，ＪＰ２は全体のちょ
うど真中の位置（７５、５０）を初期値として格納して
おく。

【００３９】データの初期化の次はステップ（＃００
２）へ移行する。

【００４０】ステップ（＃００２）ではＰ像用の発光ダ
イオード４０ａ，４０ｂを点灯する。次のステップ（＃
００３）にて、エリアセンサー４３ａの蓄積動作を開始
させる。センサーの制御は本発明と直接の関わりはない
ので詳細な説明は省略するが、本発明の実施例では不図
示のセンサー・インターフェース回路によって駆動制御
されるものとする。

【００４１】ステップ（＃００４）において、エリアセ
ンサーの蓄積終了を待つ。

【００４２】所定の電荷蓄積が終了すると、次のステッ
プ（＃００５）で発光ダイオードを消灯する。

【００４３】さて、次のステップ（＃００６）以降か
ら、エリアセンサーの光電変換信号の読み込みを開始す
る。

【００４４】ステップ（＃００６）はループ変数Ｊを０
から９９までカウントアップしながら、枠内の処理を実
行する、いわゆる「ループ処理」を表している。

【００４５】ステップ（＃００６）内のループ処理で
は、先ずステップ（＃００７）にてエリアセンサーの横
方向（Ｘ軸）の１ラインの光電変換信号の読み込みを行
う。１ラインの読み込みはサブルーチン形式となってお
り、図１０にサブルーチン「１ライン読み込み」のフロ
ーチャートを示す。

【００４６】サブルーチン「１ライン読み込み」がコー
ルされると、図１０のステップ（＃１００）を経て、次
のステップ（＃１０１）を実行する。ステップ（＃１０
１）と、その枠内のステップ（＃１０２）は前述したス
テップ（＃００６）と同様のループ処理を表しており、
ステップ（＃１０１）では変数Ｋを０から３へカウント
アップさせながら、そしてステップ（＃１０２）では変
数Ｉを０から１４９までカウントアップさせながら、そ
れぞれの枠内の処理を実行してゆく。従って、ステップ
（＃１０１）とステップ（＃１０２）は変数Ｋと変数Ｉ
の、いわゆる「入れ子」となったループ処理を表してい
る。ステップ（＃１０２）のループ処理内のステップ
（＃１０３）では、配列変数ＩＭ（ｉ，ｋ）の再格納作
業を行っている。

【００４７】本実施例では、マイクロコンピュータＭＣ
Ｕ３１０が信号処理を行っているわけであるが、一般に
マイクロコンピュータの内蔵ＲＡＭ（ランダム・アクセ
ス・メモリ）の記憶容量は、エリアセンサーの全画素情
報を一度に記憶できる程大きくはない。そこで、本実施
例では、エリアセンサーから出力される像信号を逐時読
みだしながら、横方向（Ｘ軸）５ライン分に相当する最
新の像信号のみをマイクロコンピュータの内蔵ＲＡＭに
記憶させ、１ラインの読み込み毎に視線検出のための処
理を実行するようにしている。

【００４８】ステップ（＃１０１）からステップ（＃１
０３）の２重ループ処理で実行している内容は、新たな
１ライン分の像信号を読み込むために、記憶している過
去５ライン分の像信号データを更新する作業である。す
なわち、配列変数ＩＭ（ｉ，ｋ）の内、ＩＭ（ｉ，０）
［ｉ＝０〜１４９］が最も過去の、またＩＭ（ｉ，４）
［ｉ＝０〜１４９］が最も最近の１ラインの像データを
表しており、次のようにデータを更新して新たな１ライ
ン分の像信号をＩＭ（ｉ，４）［ｉ＝０〜１４９］に格
納できるように準備する。

【００４９】ＩＭ（ｉ，０）←ＩＭ（ｉ，１）ＩＭ（ｉ，１）←ＩＭ（ｉ，２）ＩＭ（ｉ，２）←ＩＭ（ｉ，３）ＩＭ（ｉ，３）←ＩＭ（ｉ，４）［ｉ＝０〜１４９］

【００５０】さて、ステップ（＃１０１）〜ステップ
（＃１０３）のデータ更新のためのループ処理が終了す
ると、次のステップ（＃１０４）のループ処理を実行す
る。

【００５１】ステップ（＃１０４）のループ処理では、
エリアセンサーの横方向（Ｘ軸）の１ライン分（１５０
画素）の像信号を逐次的にＡ／Ｄ変換しながら、ＲＡＭ
に格納し、また像信号の最小値を検出している。

【００５２】ステップ（＃１０４）のループ内の最初の
ステップ（＃１０５）では、マイクロコンピュータＭＣ
Ｕ３１０の内蔵のＡ／Ｄ変換器から、像信号をＡ／Ｄ変
換したディジタル値ＡＤＣを取り出し、その値を一時的
に変換ＥＹＥＤＴに格納する。そして、次のステップ
（＃１０６）にて、ＥＹＥＤＴの値を配列変数ＩＭ
（Ｉ，４）に格納する。変数Ｉは外側のループ処理ステ
ップ（＃１０４）にて０から１４９までカウントアップ
される。

【００５３】ステップ（＃１０７）と（＃１０８）は像
信号の最小値を検出処理である。変数ＥＹＥＭＩＮは像
信号の最小値を保持する変数であり、ステップ（＃１０
７）において、ＥＹＥＭＩＮよりＥＹＥＤＴの方が小さ
ければ、ステップ（＃１０８）へ分岐し、ＥＹＥＭＩＮ
をこの小さなＥＹＥＤＴの値で更新する。

【００５４】ステップ（＃１０４）〜（＃１０８）のル
ープ処理が終了し、新たな１ライン分の像信号の格納
と、最小値の検出が終わると、次のステップ（＃１０
９）でサブルーチン「１ラインの読み込み」をリターン
する。

【００５５】図９のフローチャートに戻って、ステップ
（＃００７）のサブルーチン「１ラインの読み込み」が
完了すると、次のステップ（＃００８）へ移行し、外側
のループ処理ステップ（＃００６）のループ変数Ｊが５
以上か否か調べる。

【００５６】ループ変数Ｊはエリアセンサーの縦方向
（Ｙ軸）の画素ラインを表しており、本実施例では、エ
リアセンサーの画素数を（１５０×１００）としている
ので、Ｊは０から９９までカウントアップされる。

【００５７】ステップ（＃００８）にてループ変数Ｊが
５以上の場合にはステップ（＃００９）へ分岐する。こ
れは、読み込んだ像信号のライン数が５以上になると、
エリアセンサーの縦方向（Ｙ軸）の処理が出来るように
なるからである。

【００５８】分岐した先のステップ（＃００９）ではサ
ブルーチン「Ｐ像の検出」を実行する。

【００５９】サブルーチン「Ｐ像の検出」は、前述した
角膜反射のＰ像の位置を検出するための処理であり、エ
リアセンサーの横方向（Ｘ軸）の１ラインの読み込み毎
に実行する。そのフローチャートを図１１に示す。

【００６０】サブルーチン「Ｐ像の検出」がコールされ
ると、ステップ（＃２００）を経てステップ（＃２０
１）のループ処理を実行する。ループ処理内では、像デ
ータ（配列変数ＩＭ（ｉ，ｋ）に記憶）中のＰ像の位置
を検索し、もし見つかれば、エリアセンサー上でのその
位置を記憶する。本実施例ではＰ像は２個発生するの
で、記憶する位置情報も２個となる。

【００６１】ループ内の最初のステップ（＃２０２）で
は、所定位置の像データがＰ像としての条件を満足する
か否かを判定する。条件としては、次のようなものであ
る。

【００６２】ステップ（＃２０２）の「Ｐ像条件」ＩＭ（Ｉ，２）＞Ｃ１かつＩＭ（Ｉ，１）＞Ｃ２かつＩＭ（Ｉ，３）＞Ｃ２かつＩＭ（Ｉ−１，２）＞Ｃ２かつＩＭ（Ｉ＋１，２）＞Ｃ２但し、Ｃ１，Ｃ２はしきい値定数で、Ｃ１≧Ｃ２なる関
係があり、例えば、Ｃ１＝２３０，Ｃ２＝２００であ
る。また、変数Ｉはループ処理のループ変数であり、エ
リアセンサーの横方向（Ｘ軸）の位置を表している。

【００６３】上記条件は、Ｐ像が図５で説明したよう
に、スポット像のようなものであることに注目し、横／
縦方向（Ｘ／Ｙ軸）の両方向に定義したものである。こ
の条件が満足されたとき、位置（Ｉ，２）にＰ像が存在
するものと見なす。

【００６４】前述したように配列変数ＩＭ（ｉ，ｋ）は
エリアセンサーの横方向（Ｘ軸）の１ライン読み込み毎
に更新しており、縦方向（Ｙ軸）位置ＪラインはＩＭ
（ｉ，４）［ｉ＝０〜１４９］に格納されている。従っ
て、変数ＩＭに対するアドレス（１，２）は、エリアセ
ンサー上では、位置（Ｉ，Ｊ−２）となる。

【００６５】ステップ（＃２０２）にて、Ｐ像の条件を
満足する像データがあった場合、ステップ（＃２０３）
以降へ分岐し、ない場合には外側のループ変数Ｉがカウ
ントアップされる。

【００６６】ステップ（＃２０３）以降は、２個のＰ像
の存在範囲（Ｘ軸方向の範囲［ＩＰ１〜ＩＰ２］，Ｙ軸
方向の範囲［ＪＰ１〜ＪＰ２］）を決定する処理であ
る。

【００６７】先ず、ステップ（＃２０３）では、エリア
センサーの横方向（Ｘ軸）の位置を表す変数Ｉと変数Ｉ
Ｐ１を比較し、Ｉ＜ＩＰ１ならば、ステップ（＃２０
４）へ分岐する。すなわち、Ｐ像の存在範囲のうち、横
方向の左方にあるＰ像位置ＩＰ１の位置よりも、変数Ｉ
の位置の方が左にあれば、ＩＰ１を書き換えようとする
ものである。

【００６８】ステップ（＃２０４）では、変数ＩＰ１に
変数Ｉの値を格納し、そのときの縦方向の位置（Ｊ−
２）を変数ＪＰ１に格納する。

【００６９】ステップ（＃２０５）、（＃２０６）で
は、Ｐ像存在範囲のうち、横方向の右方にあるＰ像位置
ＩＰ２と、その縦方向位置を表すＪＰ２の更新の判定を
行う。

【００７０】以上のようにして、ステップ（＃２０１）
のループ処理で、横方向（Ｘ軸）の位置Ｉが０から１４
９までの１ラインの処理が終了すると、次のステップ
（＃２０７）へ移行する。

【００７１】以上の処理が終了すると、次のステップ
（＃２０８）でサブルーチン「Ｐ像の検出」をリターン
する。

【００７２】再び図９のフローチャートに戻る。

【００７３】ステップ（＃００９）のサブルーチン「Ｐ
像の検出」が完了すると、次のステップ（＃０１０）で
サブルーチン「瞳孔エッジの検出」を実行する。

【００７４】「瞳孔エッジの検出」は眼球反射像中の瞳
孔エッジ（虹彩と瞳孔の境界）の位置の検出を行うサブ
ルーチンである。

【００７５】ステップ（＃０１０）のサブルーチン「瞳
孔エッジの検出」が完了すると、外側のループ処理ステ
ップ（＃００６）のループ変数Ｊ（エリアセンサーの縦
方向、Ｙ軸の座標を表す）がカウントアップされ、Ｊが
９９となるまで、再びステップ（＃００７）以降の処理
が実行される。

【００７６】ループ変数Ｊが９９となり、エリアセンサ
ーの全画素の読み込みと処理が終了すると、ステップ
（＃００６）からステップ（＃０１１）へ移行する。

【００７７】ステップ（＃０１１）〜（＃０１３）で
は、ステップ（＃００６）のループ処理内で検出された
Ｐ像位置及び瞳孔エッジ情報から、瞳孔の中心座標の検
出と視線の検出を行う。

【００７８】先ず、ステップ（＃０１１）ではサブルー
チン「瞳孔推定範囲の設定」をコールする。

【００７９】ステップ（＃０１０）のサブルーチン「瞳
孔エッジの検出」で検出された複数の瞳孔エッジ点に
は、実際に瞳孔円（虹彩と瞳孔の境界が形成する円）を
表しているエッジ点以外にも、種々のノイズによって発
生した偽のエッジ点も含まれている。

【００８０】「瞳孔推定範囲の設定」は、上記偽のエッ
ジ点を排除するために、Ｐ像位置情報に基づいて、確か
らしいエッジ点の座標範囲を限定するためのサブルーチ
ンである。

【００８１】次にステップ（＃０１２）のサブルーチン
「瞳孔中心の検出」をコールする。

【００８２】「瞳孔中心の検出」は、確からしい瞳孔エ
ッジ点の座標から、瞳孔円の形状（中心座標と大きさ）
を推定するサブルーチンである。

【００８３】瞳孔円の形状の推定には、「最小２乗法」
を用いる。

【００８４】ステップ（＃０１２）での「瞳孔中心の検
出」が完了すると、ステップ（＃０１３）へ移行し、サ
ブルーチン「視線の検出」をコールする。「視線の検
出」は、これまでの処理で検出したＰ像位置及び瞳孔円
の中心位置から、視線（注視点）を検出するサブルーチ
ンである。

【００８５】基本的には、眼球光軸の回転角θを計算す
れば良い。本発明の実施例では、瞳孔中心を横方向（Ｘ
軸）、縦方向（Ｙ軸）の２次元で検出しているので、横
方向のみではなく、縦方向の視線の方向も検出すること
ができる。

【００８６】視線の検出が完了すると、ステップ（＃０
１４）へ移行し、一連の処理を終了する。

【００８７】ところで、図１１ステップ（＃２０２）の
説明で示したＰ像の条件は、Ａ／Ｄ変換後のＰ像の大き
さが縦横それぞれ３画素程度で一定であることを前提と
している。この結果、このような簡潔な条件をもって精
度良くＰ像位置を検出できるのであって、もしもこの条
件が崩れると検出精度は大きく低下してしまう。

【００８８】しかしながら、カメラのファインダーの覗
き方は様々であって、接眼レンズ１４に眼をかなり近づ
けて覗く人もいれば、かなり遠くから覗く人もいる。特
に、メガネを掛けている場合は接眼レンズ１４からの距
離が遠くなる傾向があって、エリアセンサー上に投影さ
れる眼の像の倍率は一定しない。

【００８９】本実施例の特徴とするところは、このよう
な像倍率の変化があってもＰ像を精度良く検出すること
であり、次に図６及び図７を用いてこのための光学構成
を説明する。

【００９０】図６は、図１に示した視線検出光学系を光
路に沿った展開説明図であって、６２は結像レンズ４２
と接眼レンズ１４の合成光学系を表す仮想レンズ、６０
はその光軸、６１ｂはＩＲＥＤ４０ａあるいは４０ｂの
角膜による虚像であって、その光軸上位置はファインダ
ー光学系のアイポイントに一致させてある。仮想レンズ
６２による結像倍率は約−０．１倍である。また光軸と
直交する方向は５倍程度に拡大して示している。なお、
簡単のためＩＲＥＤを光軸上において説明する。

【００９１】このような光学系においてＩＲＥＤの虚像
位置が変化したときの光学挙動について考える。図７
（ａ）は様々なファインダーの覗き方に対応させてＩＲ
ＥＤの角膜による虚像位置の変化した状態を表した図で
ある。図において、６１ａ〜６１ｅはＩＲＥＤ角膜によ
る虚像であって、６１ａに示す眼を接眼レンズに近づけ
た状態から６１ｅのように眼を接眼レンズから遠ざけた
状態を順次表している。接眼レンズ１４と眼との距離が
変化するとＩＲＥＤと角膜との距離も変化するため、虚
像６１ａ〜６１ｅの大きさはａからｅへの順に小さくな
っていく。

【００９２】図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した光学系
の像面付近のみを拡大して示した図で、６３ａ〜６３ｅ
はそれぞれ虚像６１ａ〜６１ｅの仮想レンズ６２による
像で、ＩＲＥＤによるＰ像である。６４から６７はこの
結像におけるマージナル光線である。図が複雑になるの
を避けるため、両端のＰ像６３ａとＰ像６３ｅを形成す
る光線のみを示している。また、それぞれの像及び光線
にふった添え字は対応させてある。

【００９３】幾何光学的な考察より明らかなように、虚
像６１ａ〜６１ｅが仮想レンズ６２から離れるほどその
像６３ａ〜６３ｅは仮想レンズ６２に近づき、その大き
さは小さくなる。

【００９４】ところで、先に説明したように、視線検出
に使われるエリアセンサー４３ａの出力は図５示領域Ｅ
の範囲でＡ／Ｄ変換されたものであって、Ｐ像の裾部分
を拡大して用いている。そのため、Ａ／Ｄ変換後のＰ像
情報の大きさはＰ像を形成する光線の広がりの大きさに
等しいと考えて良い。すなわち、エリアセンサー上でＰ
像がボケていたとしてもＡ／Ｄ変換後はボケ像を形成す
る光束の最も外側部分がＰ像としてとらえられる。

【００９５】したがって、Ｐ像６３ａのＡ／Ｄ変換後の
大きさは光線６４ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａの実線部
分で規定され、また、Ｐ像６３ｅのＡ／Ｄ変換後の大き
さは光線６４ｅ，６５ｅ，６６ｅ，６７ｅの実線部分で
規定される。もし、エリアセンサー４３ａの受光面がＰ
像６３ｅと同一面にあるとすると、Ｐ像６３ａのデフォ
ーカス像はこの受光面上で光線６４ａ，６５ａが入射す
る点６８，６９を外周とした点像として出力されること
になる。

【００９６】この結果、ファインダー観察者の眼の位置
によって、出力されるＰ像の大きさが異なって図１１ス
テップ（＃２０２）の説明で示したＰ像条件に適さず、
精度良くＰ像位置を検出することは困難である。

【００９７】しかしながら、眼を接眼レンズ１４に近づ
けたとき程Ｐ像が大きくなるため、前ピン状態にあるＰ
像の光束の広がりはどれもエリアセンサー上でほぼ同一
の広がりとなること、そして、Ａ／Ｄ変換の結果、Ｐ像
の照度分布に関わらず光束の広がりがＰ像として出力さ
れることを利用すればＰ像サイズを一定に保つことも可
能である。

【００９８】すなわち、Ｐ像サイズの眼球位置への依存
状態はエリアセンサー４３ａの位置に依って変化し、エ
リアセンサー４３ａの受光面を仮想レンズ６２からさら
に遠ざけて設定すると、Ｐ像サイズの眼球位置依存を小
さくできる。例えば図７（ｂ）に於いて、設計的に決定
されたアイポイントに眼を置いたときに得られるＰ像６
３ｂの図中や右寄りにエリアセンサー４３ａの受光部を
置けば、前ピン状態となるＰ像６３ｂ，６３ｃ，６３
ｄ，６３ｅの受光部上の光束の広がりと、後ピン状態と
なるＰ像６３ａの光束の広がりとはほぼ同一の大きさに
なる。このような場合、簡単な条件で常にＰ像を精度良
く検出することが可能である。

【００９９】以上の性質からＰ像を前ピン状態でとらえ
れば、その大きさが変化しないわけであるが、前述のよ
うに虚像６１ａ〜６１ｅの深さ方向の位置はほぼ虹彩と
同一であって、余り大きな前ピン状態になると今度は眼
の像のシャープさが低下し瞳孔の検出に支障が生じる。
このことから、エリアセンサーの位置は、アイポイント
から接眼レンズ１４までの間の何れかの位置にピントを
合わせるように設定するのが適当であると言える。

【０１００】なお、ここではエリアセンサーを配置する
位置に注目して視線検出光学系について説明したが、結
像レンズ４２の位置を同様な結像状態となるように調節
しても光学的に等価である。

【０１０１】また、視線検出装置の使用者が眼鏡を掛け
ていた場合には、眼鏡で反射したＩＲＥＤ光が接眼レン
ズやビームスプリッターで反射し、もう一度眼鏡で反射
してエリアセンサー上に投影されると言ったゴースト形
成光路が存在するが、このように接眼レンズの近くにピ
ントを合わせることで、ゴーストがかなりデフォーカス
するため、これを誤って、Ｐ像として検出することがな
くなる利点が生じる。

【０１０２】さらには、エリアセンサーとして例えばＣ
ＣＤを用いたときには各画素ごとに不感帯が存在する
が、上記のような構成によれば眼をどの位置に置いても
Ｐ像が小さくなりすぎないため、眼が接眼レンズから離
れたときにＩＲＥＤの像がこの不感帯に埋もれて出力さ
れないと言った不具合がなくなることは上述した通りで
ある。

【０１０３】（他の実施例）図１２及び図１３は本発明
の第２の実施例である。図１２は図８に示した視線検出
回路内のアンプの特性を非線形にした場合の特性図であ
る。図のように入力が大きくなったときに、出力があま
り伸びないようにしていることが特徴である。図１３は
この非線形アンプを通した後のエリアセンサー４３の信
号で、図５と同様に、Ｐ像が投影されている水平ライン
について抜き出したものである。

【０１０４】瞳孔Ｂ、虹彩Ｃ１，Ｃ２、白目Ｄ１，Ｄ２
に相当する出力レベルは図１２の特性８０によって引き
伸ばされ、これより高いレベルは、特性８１によって圧
縮されている。したがって、図１３に示す二つのＰ像
は、下部が特性８０上部が特性８１によって変換された
ものである。

【０１０５】この結果、Ｐ像の大きさは第１実施例と同
じく、Ｐ像を形成する光束の広がりの範囲と考えて良
く、図７（ｂ）を用いて説明した如く視線検出光学系の
エリアセンサーの位置は、アイポイントから接眼レンズ
１４までの何れかの位置にピントを合わせるように設定
することで、ファインダー観察者の眼球距離に関わらず
一定の大きさのＰ像が得られる。

【０１０６】

【発明の効果】以上述べた本発明は観察系の観察者の明
視の距離に個人差があっても視線検出精度が均一化され
る効果がある。

【０１０７】また、エリアセンサーとして例えばＣＣＤ
を用いたときには各画素ごとに不感帯が存在するが、上
記のような構成によれば眼をどの位置に置いてもＰ像が
小さくなりすぎないため、ＩＲＥＤの像がこの不感帯に
埋もれて出力されないといった不具合がなくなった。

【０１０８】さらに、眼鏡等で発生したＩＲＥＤのゴー
ストをよりぼかすため、誤ってゴーストをＰ像として検
出することがなくなった。

【０１０９】あるいは、エリアセンサーでの反射光がビ
ームスプリッターの射出面で再び反射して生じるスポッ
ト状のゴーストの発生を抑えることができた。

【０１１０】またこの結果、ビームスプリッターの面を
僅かに傾けると言ったことが必要なくなり、視線検出光
学系が極めて簡単な構成になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であって、視線検出光学系の斜
視図。

【図２】（ａ）は一眼レフカメラの縦断面図で、（ｂ）
は一眼レフカメラの上面透視図。

【図３】図２図示視線検出光学系の絞りの平面図。

【図４】エリアセンサーと、その上に投影された眼の像
を表す説明図。

【図５】第１プルキンエ像が投影された水平ラインの出
力を表す説明図。

【図６】図１に示した視線検出光学系の展開説明図。

【図７】（ａ）は図１に示した視線検出光学系の展開説
明図で、ＩＲＥＤの虚像位置が変化したときの挙動を説
明するための図で、（ｂ）は視線検出光学系の像面付近
を拡大した図。

【図８】視線検出装置を含むカメラシステムのブロック
図。

【図９】視線検出動作を説明するためのフローチャー
ト。

【図１０】ＣＣＤエリアセンサーからの像データの読み
込みを説明するためのフローチャート。

【図１１】Ｐ像の検出動作を説明するためのフローチャ
ート。

【図１２】視線検出回路内の非線形アンプの特性図。

【図１３】図１２に示したアンプを通した後の、第１プ
ルキンエ像が投影された水平ラインの出力を表す説明
図。

【符号の説明】

１３ビームスプリッター１４接眼レンズ４０ａ・４０ｂ照明用光源（赤外発光ダイオード）４２結像レンズ４３エリアセンサー４７偏芯絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察用光学系と、前記光学系で観察中の観察者の眼を照明する光源と、センサーと、観察者の眼の像を該センサー上に形成する結像レンズ部
とを有し、該センサー上に生じた眼からの反射像に依って観察者の
視線を検出する視線検出装置であって、前記結像レンズ部は観察用光学系のアイポイントよりも
観察用光学系に近い位置を前記センサー上に最良結像す
るように構成されていることを特徴とする視線検出装
置。
【請求項２】前記センサーの出力のＡ／Ｄ変換に於い
て、Ａ／Ｄ変換可能なアナログ値は前記センサーによる
前記光源の角膜反射像出力よりも低く設定されているこ
とを特徴とする請求項１の視線検出装置。
【請求項３】前記眼からの反射像は前記光源の角膜反
射像と瞳孔像であることを特徴とする請求項１の視線検
出装置。
【請求項４】前記センサーはエリアセンサーであるこ
とを特徴とする請求項１の視線検出装置。
【請求項５】ファインダー光学系と、ファインダー観察者の眼を照明する光源と、エリアセンサーと、ファインダー観察者の眼の像を該エリアセンサー上に形
成する結像レンズ部とを有し、該エリアセンサーの出力を非線形アンプに入力した後、該エリアセンサー上に生じた前記光源の角膜反射像と瞳
孔との相対関係に依ってファインダー観察者の視線を検
出する視線検出装置であって、前記結像レンズ部はファインダー光学系のアイポイント
よりもファインダー光学系に近い位置を前記エリアセン
サー上に最良結像するように構成されていることを特徴
とする視線検出装置。
【請求項６】観察用光学系と、観察者の眼を照明する光源と、センサーと、前記観察用光学系から該センサーに視線検出のための光
束を導くビームスプリッターと、該ビームスプリッターに隣接して配置され、観察者の眼
の像を該センサー上に形成する結像レンズ部とを有する
視線検出装置であって、前記結像レンズ部は光軸を異にする偏芯開口に依って入
射光束が制限されていることを特徴とする視線検出装
置。
【請求項７】前記光源は、前記ファインダー光学系の
光軸外からファインダー観察者の眼を照明するように構
成されていることを特徴とする請求項６の視線検出装
置。